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智芯传感“开口封封装技术”：开启MEMS压力传感器新纪元

MEMS 2025-03-28 00:01
百万设备≠唯一解！精密测量成本砍半秘籍 一键掌控复杂射频环境的秘密武器

编者按

封装是MEMS制造过程的重要环节，决定了MEMS器件的可靠性和成本。京津冀国家技术创新中心培育的高科技企业北京智芯传感科技有限公司在封装工艺上实现创新突破，研发出开口封封装技术。这一创新技术攻克MEMS压力传感芯片一体化塑封这一世界级难题，并凭借其卓越的性能与高效生产优势，引领行业技术升级。本文将深入剖析开口封封装技术，带您领略其独特魅力。

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MEMS压力传感器与MEMS封装概述
MEMS（微机电系统）是一种将电和机械集成的微器件或微系统。MEMS压力传感器基于微机电技术制造，利用微米或纳米等微加工技术在硅片上制作出微小的执行结构，通常这种微小执行结构为力敏薄膜，通过测量微小执行结构在外界压力作用下的变形或位移，进而通过信号处理单元及通信单元转换成标准电信号输出。
MEMS器件的实用化和商业化依赖于系统设计、工艺制造、封装测试及市场应用等多方面协同创新。封装作为核心环节，对产品性能的可靠性和稳定性起着关键作用。
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整体塑封封装示意图

MEMS封装是通过特定工艺将MEMS器件（如压力传感器）保护起来，主要功能是隔离环境干扰，提供电气连接与机械支撑，确保器件性能稳定。MEMS封装环节包括晶圆切割、芯片粘接、引线键合、封盖和成品切割等步骤，它的重要性在于需要同时实现芯片保护、外界信号交互等多种功能。因此，MEMS封装工艺直接影响着最终产品性能。

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从封装结构来分类MEMS封装
MEMS产品种类丰富、功能各异，不同种类的MEMS产品其封装形式差异较大。MEMS封装过程涉及材料、结构和工艺，并需通过可靠性测试以满足各个领域严苛的应用需求。从封装结构来看，可分为封闭式封装、开放空腔式封装、眼式封装三类。
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MEMS封装结构分类

其中，开放空腔式封装的核心特征是设计暴露的空腔或开口，允许外界环境介质（如气体、液体或压力）直接接触传感器敏感元件以实现信号感知，同时通过多孔膜、滤网或防护层保护内部结构。

MEMS压力传感器通常采用开放空腔式封装结构，由于它需要直接感测外部压力变化，因此，可以通过空腔使待测介质作用于传感元件，从而实现在保持基础防护下的精准测压。

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开口封封装技术是什么
典型MEMS封装都是壳体类封装形式，其壳体主要有金属外壳、陶瓷外壳、引线框架预制塑封外壳及在基板上通过画胶方式形成的围坝外壳等。这种封装形式都是先将微小执行结构通过粘接材料固定在壳体类特定位置，通过引线键合将微小执行结构与壳体外管脚连接，再通过封盖及切割形成最终的封装体。
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传统管壳类封装截面示意图

智芯传感采用整体塑封制造模式，结合特殊的封装材料、粘接工艺以及封装结构，控制和隔离阻断残留的应力，从而实现了MEMS压力传感器在整体塑封下的低应力封装。

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开口封封装截面示意图

开口封封装技术是智芯传感在MEMS压力传感器封装工艺上的一次创新，实现了MEMS压力传感器在中低压量程领域的技术突破。

开口封封装技术借鉴了IC封装工艺，简化了封装流程，极大地提高了生产效率，降低了制造成本。同时，在封装后，仅力敏薄膜与介质接触，实现电气隔离，有效保护了键合金丝，避免其受到机械损坏和介质压力变化带来的疲劳损伤，使MEMS压力传感器性能更具有稳定性。
不仅如此，使用开口封封装技术制造的传感器组件通过了在严苛环境下数千小时的耐溶剂测试，灵敏度保持稳定，充分验证了它的可靠性。同时，相比其他封装技术制造的器件，其成本能够降低60%，这一创新应用具有较高的经济效益。

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带应力隔离的微小执行结构设计，进一步突破低应力封装界线
在封装过程中，封装残余应力会造成MEMS压力传感器输出信号的偏移，并且随着时间逐渐变化，封装应力会影响MEMS压力传感器的可靠性和长期稳定性。据研究表明，封装应力来源于下三个方面。


三个关键应力来源：






  • 封装材料

不同粘胶材料所引起的应力大小不同；采用不同封装基板材料下的封装应力大小也不同

  •  封装工艺

不同的粘接工艺对芯片翘曲的影响不同

  • 封装结构

通过减少粘接面积可以降低封装应力

开口封封装技术研发的关键是对封装应力的控制，也就是将封装残余应力与力敏薄膜应力的连接通道阻断。
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开口封封装截面示意图

除了上述整体塑封制造模式，使用特殊的封装材料、粘接工艺以及应力隔离结构阻断应力连接通道外，智芯传感还在微小执行结构单元上设计了孤岛式应力隔离结构，将力敏薄膜与整体塑封界面隔离，彻底阻断封装残余应力与力敏薄膜连接通道。

这一创新设计进一步突破了低应力封装的界线，增强了MEMS压力传感器信号输出的稳定性和可靠性。

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低成本高效益推动产业升级
随着MEMS压力传感器在汽车、工业及消费电子等领域的渗透率持续攀升，市场对应力敏感的MEMS器件的精度与长期稳定性的需求日益严苛。开口式封装技术凭借其低应力特性与高效生产力，成为高性能应用场景的理想选择，其应用潜力正加速释放。
以陶瓷电容式压力传感器和空调高压变送器为切入点，智芯传感通过创新引入开口封封装技术，在保障产品性能稳定的同时实现规模化量产，为国内市场提供了兼具成本优势与可靠性的解决方案。
根据市场研究数据，2023年国内陶瓷电容式压力传感器市场规模约为20.52亿美元，占全球市场的19.3%。进一步细分应用领域，汽车对陶瓷电容式压力传感器的需求持续增长，全球年需求量近2亿只。
同样，空调高压变送器在国内市场仍被国际品牌所占据。而国产品牌的崛起，空调高压变送器的市场份额也在快速增长。据统计，某国产品牌空调高压变送器的年销量约为3000万只，市场规模超24亿元。随着工业自动化及绿色能源需求增长，空调高压变送器的市场规模有望超百亿元。
受政策推动（如MEMS传感器被列入鼓励类产业）和国产替代需求影响，相较于进口器件，国产化产品不仅价格竞争力显著，还能缩短供应链周期，提供灵活的定制化服务，国产替代的规模化效益日益凸显。

随着技术创新与市场拓展，开口封封装技术有望进一步推动行业降本增效，开启更广阔的应用空间。智芯传感在深耕国内市场的同时，正以自主研发、技术创新为支点，进军国际市场，为国产MEMS压力传感器走向全球市场探索新的可能。

来源：“京津冀国家技术创新中心”微信公众号

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